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2024-01-11 10:12
科技

在「无药可救」的疾病面前,他找到可能的新路

整个制药行业的成药率只有4.1%,在这里,演讲的主题词是「困境」「艰难」「失败」「无法实现」。
医药合成胚胎在伦理上的“第22条军规”
杨国安

■【每次参加学术界的会议,台上讲的都是希望,新的实验、新的发现、新的假说、新的可能性。每个领域都发表了很多新论文,里面提供了大量充满希望的数据。这是一种科学进步的希望,人类在不断深入理解疾病,抱着这些新认知,走出会议室的时候,总有一种「人类即将战胜疾病」的乐观。但是,转身去一场制药企业的讨论会,气氛就完全不一样了。整个制药行业的成药率只有4.1%,在这里,演讲的主题词是「困境」「艰难」「失败」「无法实现」。】

疾病现状:在希望和绝望之间

生物学家鲁伯埙十分懂得生病的难处。他并不是医生,但他在病人中间出了名,因为他是一个为无药可救的疾病寻找新药研发路径的研究者。他是复旦大学教授、 「科学探索奖」获奖人,由于他主要从事神经退行性疾病研究,每隔一段时间,他的邮箱就会收到很多陌生人的来信,他们一边向他倾诉这种疾病给自己带来的痛苦,一边向他询问五花八门的问题:什么时候能研发出药物?药物什么时候能进入临床阶段?中间还掺杂着苦涩的关心:我们知道罕见病药物很难盈利,你们找到药企愿意投资了吗?我把房子卖了400万,捐给你们做研究基金好吗?还有很多人向他表态:「如果可以,我愿意当小白鼠,给生命科学做点贡献。」

疾病是人类最古老的困局。这种感受他从上学的时候就体会到了。博士毕业找工作那一年,鲁伯埙参加了很多医学界的会议,研究了形形色色的疾病及其治疗现状,他本来只是想通过这种方式寻找自己未来的研究方向,却在这个过程中看到了疾病的现状。他最大的感受是一种落差——疾病面前的人类,始终徘徊在希望和绝望之间。

每次参加学术界的会议,台上讲的都是希望,新的实验、新的发现、新的假说、新的可能性。每个领域都发表了很多新论文,里面提供了大量充满希望的数据。这是一种科学进步的希望,人类在不断深入理解疾病,抱着这些新认知,走出会议室的时候,总有一种「人类即将战胜疾病」的乐观。但是,转身去一场制药企业的讨论会,气氛就完全不一样了。整个制药行业的成药率只有4.1%,在这里,演讲的主题词是「困境」「艰难」「失败」「无法实现」。这种困境在神经退行性疾病的治疗上尤为突出。神经退行性疾病很多都是「不治之症」,即便是发病率最高的阿尔茨海默病,药物开发的成药率也只有0.5%,不仅远远低于整个制药行业4.1%的成药率,且迄今仍未找到有效的根本性治疗手段,仅有暂时缓解症状的药物。在这些疾病面前,时间似乎停滞了,研究困顿,止步不前。

这将成为一个日渐严重的问题,影响许多人。世界卫生组织预测,到2040年,神经退行性疾病将会取代癌症,成为人类第二大致死疾病,然而目前世界范围内还没有任何一种药物能够有效治疗它们。

这也成了鲁伯埙决心研究一种新的治疗方法的驱动力。「当时想要做神经退行性疾病也是因为,其他疾病外科可以解决,但是神经退行性疾病挑战很大。当时每次开相关的学术会议都有人总结说,我们这个领域已经发表30多万篇文章了,但还没有一个真正能减缓疾病进程的突破性的药物。」鲁伯埙说。

一个最典型的例子是亨廷顿病。这是一种长期困扰人类的神经退行性疾病,人类发现这种病已经超过150年了,科学家已经破解了这种病的许多特质:明确知道它是一种单基因遗传病,准确找到了它的致病基因序列,也找到了破坏人脑的具体突变蛋白,很多技术进步都发挥了作用,例如基因筛查技术可以准确诊断出一个人是否患有亨廷顿病,冷冻电镜技术也让研究者能够直接看到亨廷顿蛋白的结构……可即便如此,迄今为止,针对亨廷顿病尚无任何有效的治本药物研发出来,所有治疗手段都只能缓解病人的症状,这种病既无法根治或延缓进展,也无从预防。

这意味着,一个人一旦发病,面临的将是无药可救的绝境。亨廷顿病通常在一个人40多岁时发病,统计数据显示,病人通常在发病10~15年后死亡。但是这个10年生存期取决于照护质量,由于亨廷顿病的症状很难通过药物缓解,病人的生存质量差,在照护条件不好的情况下,病人会很快死去。

亨廷顿病的治疗困境,折射出新药研发的一大难关。传统的药物研发思路是从致病蛋白开始,针对致病蛋白寻找阻断剂,基于各种各样的机制,用小分子来阻断它,从而阻止疾病的发生。这就是靶向药的研发思路。不幸的是,这个方法对大部分蛋白是不适用的。这个方法要求蛋白有明确的生物化学功能,以及可以结合小分子化合物并阻断其生化功能的表明区域,这被称为「活性口袋」。但是80%的蛋白不满足上述的两个条件,因此很难找到一个化学小分子去阻断它,也很难设计相应的筛选阻断剂的方法。它们被称为「不可成药靶点」。

在亨廷顿病的会议上,鲁伯埙越来越真切地认识到「不可成药」对人的影响。会议邀请了一位病人作为患者代表来现场,讲述病人立场的疾病现状。生病之前,这位病人是哈佛大学教授,有自己的研究领域。刚生病的时候,他对疾病的理解很有限,只看到疾病定义里的短短几行字:「亨廷顿病的致病基因破坏患者大脑内的皮层和纹状体,引起起舞动作。」他一度认为这种病的最大坏处只是「手舞足蹈」,但真的发病后,他的痛苦并不是舞蹈一样的动作,而是对自我控制的丧失。他发现自己渐渐失去了专注思考复杂问题的能力,继而丧失了工作上的乐趣,后来又逐渐失去了对舌头肌肉的调动能力,表达也变得困难。他没有办法像过去一样思考问题,也没有办法把这份痛苦准确地表达出来。他逐渐失去了对自己身体的控制,在绝望中彻底成为一个病人。

相比于不由自主地手舞足蹈,真正让他绝望的是无药可救的困境,治疗是漫长、痛苦且无效的。正是因为亨廷顿病的致病蛋白——变异亨廷顿蛋白是不可成药靶点,所以无法找到阻断剂,没有有效药物治疗。目前,亨廷顿病最前沿的治疗策略是基因治疗,但还在临床试验阶段,其效果还有待检验。因为它是一种生物大分子药物,而大分子要进入大脑是很困难的,所以病人无法通过口服给药,必须进行腰椎穿刺,通过腰椎泵进行给药。这本身就是一种较为痛苦的治疗方式,再加上这种生物大分子造价很高,成本远远高于小分子药物,即使临床试验获得成功,患者每年的治疗费用预计也需要数十万美元。

这种无助的绝境给无数家庭带来了漫长且沉重的打击和挥之不去的心理阴影。一个耐人寻味的现实细节是,亨廷顿病是一种单基因遗传疾病,也就是说,通过检测一个点位的基因,就能预测一个人在40岁以后是否有可能发病。基因诊断学技术大大提高了疾病的诊断率,原本这应该成为医学进步对人类的贡献,但是,这些代表希望的医学进步在现实中有时意义有限——只有不到三分之一的家属愿意检测。他们的理由是,这个病无药可救,与其活在无助的恐惧里,还不如从头至尾都不知道,至少发病前的日子能好好活。

十多年间,鲁伯埙一直致力于神经退行性疾病的研究,但是,与研究一种病的干预思路相比,他更着眼于超越现有药物研发的困境,寻找一种新的治疗策略——对于那些无药可救的疾病,有没有可能找到一种根本性策略,为根治疾病找到一条新路?


ATTEC:一种新的治疗思路

新方法是在一系列充满不确定性的坚持中偶然出现的。博士毕业后,鲁伯埙一直在全球医药健康行业的跨国公司诺华(Novartis)从事神经退行性疾病研究,自 2012年起,鲁伯埙回国,在复旦大学生命科学学院担任研究员,继续寻找疾病的新药研发方向。开始的几年,探索不算顺利,研究经费也日渐减少,继而告急,但他仍在锲而不舍地向前探索各种策略,其中一个关键突破渐渐浮现——ATTEC。

ATTEC,全称autophagosome-tethering compounds,即「自噬小体绑定化合物」。在鲁伯埙开始这项研究的时候,整个学术界对这个领域的报道几乎一片空白。一切都要从头开始,最开始连鲁伯埙自己也不确定,这是不是一种可行的思路,最终能不能拿到理想的结果。他冒着很大风险尝试一条没有人走过的路,支撑他做下去的是一种基本判断——人会生病,就是因为出现了致病蛋白,只要想办法清除致病蛋白,疾病就能得到控制。既然80%的蛋白无法找到阻断剂,那就换另一种方法,用自噬降解致病蛋白。

细胞自噬[这里主要指巨自噬(macroautophagy)]是一个生物学领域的古老概念,最早在20世纪60年代就被科学家发现,后来日本科学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)对细胞自噬机制的发现还使他获得了2016年的诺贝尔奖。在生物学领域,人们喜欢将自噬形容成《吃豆人》游戏:一个细胞在饥饿状态下,为了生存,它会把自身材料降解掉,供自己循环使用,维持一个存活的能量水平,也就是说,细胞在饥饿状态下,会出现为了保命而「自己吃自己」的现象。自噬概念在鲁伯埙的学生时代就已经是课堂上的前沿话题,后来他在诺华的实验室也见了利用自噬研发癌症、阿尔茨海默病药物的案例。研究人员在细胞自噬过程中看到了一种治疗疾病的可能性——既然自噬过程可以清除蛋白,如果它清除的恰好是致病蛋白,那不就是治病了吗?

问题是,这些初步尝试的效果都不太理想。自噬过程中有一种核心的细胞器叫作自噬[小]体(autophagosome),它会将细胞中的部分蛋白包裹起来,再通过一系列细胞生物学过程将这些蛋白消化掉,转换成所需的物质和能量。可是,这个过程的问题在于,它是一个「一视同仁的杀手」,没有什么选择性,不会专门去清除导致疾病的蛋白。只要自噬机制激活了,自噬小体就会把一整块地方的物质都包裹住,吞噬、消灭、转化成能量。

鲁伯埙也做过不少实验,他的难关也出现在选择性上。每一个细胞有两三万个不同的蛋白质,每一个蛋白可能参与几十万个生化反应,这当中既有致病蛋白,又有正常的健康蛋白,即便在导致疾病的亨廷顿蛋白内部,也是既有致病的亨廷顿蛋白,又有野生型蛋白。可是,自噬[小]体往往「一视同仁」,杀死致病蛋白,同时也杀死很多正常的蛋白,也就是说,如果用这样的策略做药,药的副作用太大了。

困在死胡同的时候,鲁伯埙产生了一个大胆的设想:有没有可能给这个自噬过程创造出一种胶水一样的东西,而且是一种定向有效的胶水,只对致病蛋白有效,只把致病蛋白黏在自噬[小]体内?为了实现这个目标,鲁伯埙把眼光投向了LC3这个蛋白。这是一个自噬[小]体膜上广泛分布的蛋白,它本身会被脂化,从而牢固地「挂在」自噬[小]体膜上。鲁伯埙设想,如果能利用「胶水」把致病蛋白和 LC3黏在一起,这样每次致病蛋白经过LC3的时候,都会因为这种胶水的存在而停留在自噬[小]体内部,久而久之,越来越多的致病蛋白会被「胶水」黏在自噬[小]体内,最后通过自噬过程,被一举歼灭。

鲁伯埙开始朝着这个设想的方向努力。他希望用一种小分子化合物(small molecule compounds)实现靶向自噬的胶水的功能,但这在当时是一个从来没有人研究过的课题。为了找到合适的「胶水」,他查阅了很多论文;参加自噬大会,跟药企和其他实验室的同行讨论;还请教了大隅良典本人。但他都没有得到答案,只能自己动手寻找。他设计了一个理想实验——构建一个化合物库(compound library),然后通过检测化合物-蛋白相互作用来筛选其中的「胶水」。实际实施时,问题卡在了筛选机制上,他尝试了很多方法都不太成功,信噪比达不到筛选的要求,而且所尝试的几种筛选方式一次性最多只能测300多个化合物,效率也不高。

2015年,鲁伯埙偶然间听了一场光科学的讲座。当时,身处光科学系的费义艳分享了她的新技术:一种小分子芯片光学筛选系统,它有两大关键技术,小分子芯片(small molecule microarray, SMM)和免标记斜入射光反射差(oblique-incidence reflectivity difference, OI-RD)技术,这个系统可以把最多5000个小分子化合物点样在一厘米的小薄片上,每个化合物对应一个坐标,当靶标蛋白流过时,一旦它能够与芯片上的特定小分子结合,这个坐标点 上的分子层就会增厚,这一微小变化会被光学方法灵敏检测到,从而在很短的时间内检测出很多不同的化合物-蛋白相互作用。

这对鲁伯埙来说犹如神来之笔。他找到费义艳,两个团队合作「小分子化合物」和「自噬途径降解」的课题,根据鲁伯埙的实验设计方法,利用费义艳设计的小分子芯片光学筛选系统,对近4000种化合物进行了筛选。

最终,四种符合条件的小分子化合物在2016年初出现了。它们能够发挥「胶水」的功能,既能够与LC3蛋白结合,也能够与变异亨廷顿病蛋白结合,同时又能保证不与正常的亨廷顿蛋白结合。接下来的关键就在于验证——这四种小分子化合物,真的能降解致病蛋白吗?

答案一开始是否定的。当时,课题组做了不少测试,一开始是组里学生做,看不到致病蛋白降解,后来鲁伯埙自己测试,还是看不到多少效果。后来他一度不敢让学生做了,怕耽误他们的学业,改用业余时间自己验证,可是效果都很差。哪怕是最好的结果,也只能看到一点点降解,并不明显,更多时候根本看不见。

因为这是一个完全空白的领域,从来没有人验证过自噬是不是真的可以实现致病蛋白降解。有一小段时间,鲁伯埙也陷入了自我怀疑:是不是自己想错了,也许这条路也走不通?

有天中午他和妻子在学校食堂吃饭,讨论起另一件事。鲁伯埙的妻子也是生物学领域的研究者,她当时正在申请一个项目,研究目标是设计一个化合物,将两个相同的蛋白分子拉到一起形成二聚体,从而发挥相应功能。但是实验过程中出现了一个奇怪的现象,她明明设计了一种符合条件的化合物,但是化合物浓度高了反而无效,只有把浓度降到一定程度才能成功地把两个蛋白拉到一起。妻子始终想不明白,丈夫作为局外人一下子反应过来了,还用数学模型推演了一遍,笑话她「当局者迷」:「你是要靠这个化合物把两个东西拉到一起,浓度过高会导致它分别和这两个东西结合,反而拉不到一块儿去啊!」

自己的一句话点醒了自己——自噬实验是不是也正是因为小分子化合物的浓度太高了,反而不奏效?因为阻断剂的应用一般需要高浓度,低浓度看不到,所以在此之前,他一直习惯性地沿用在药企工作时研发阻断剂的筛选标准,在高浓度下观察反应,但是,这次要研发的并不是阻断剂,而是降解药。降解失败,会不会跟浓度有关?

紧接着,鲁伯埙把想法告诉了博士生李朝阳,让他立刻去检测一系列低浓度化合物的效果,结果是在晚上快十一点拿到的——浓度降下来以后,致病蛋白被成功降解,效果非常明显。李朝阳博士第一时间把结果发送给了鲁伯埙。

这个激动人心的结果,证明ATTEC的设想初步成功了。后来,他带着课题组做了完整的浓度取样,结果发现,浓度和致病蛋白被清除后的水平呈现U形曲线,浓度太低了不行,浓度太高了也无法发生。他得到了一套详尽的数据,充分证明了这些「小分子胶水」的作用和作用原理。

就在这一系列的偶然和奇遇之后,一种全新的治疗疾病的方法正式诞生了——在靶向药之后,基于自噬的降解药物可能成为病人新的希望。2019年10月,鲁伯埙和合作者费义艳、丁澦、党永军等人将这项研究成果发表于《自然》杂志,里面详尽展示了这种「致病蛋白选择性降解新技术」,这也成为我国科学家掌握的具有自主知识产权的一项核心技术。

这篇论文入选了《自然》「年度十大杰出论文」,发表后陆续得到学界的认可,英国知名化学家、英国皇家化学学会(RSC)和皇家生物学学会(RSB)的会士爱德华·泰德(Edward Tate)于2021年在《细胞研究》(Cell Research)杂志上发表文章,评价ATTEC为「a rising star」(一颗冉冉升起的新星),称赞这项研究「将改变已有的生物过程研究方式,揭示了一个原创治疗范式的全新方向」。


未来应用:降脂、减肥、逆转死亡?

生物学界对于ATTEC研究的反馈颇为热烈。鲁伯埙设计这个策略的初衷,是解决亨廷顿病无药可救的问题,但是更多研究者受到ATTEC思路的启发,利用鲁伯埙发现的四个小分子化合物,试图解决更多疾病的成药问题。比如,有文献报道,研究者改造了鲁伯埙发现的化合物,用来降解癌症的蛋白,尝试着将自噬纳入抗癌药物研发的轨道。

这股来自外界的踊跃尝试的热潮,反过来启发了鲁伯埙的研究。他产生了一个新的大胆设想:许多时候人会生病,除致病蛋白以外,也有非蛋白物质的影响,对于有些对人体有害的物质,现有治疗手段同样束手无策。既然ATTEC证明可以降解致病蛋白,那么,它能不能用来降解同样对人有害的非蛋白物质?

鲁伯埙设计了一个新的实验,目标是降解脂滴。脂肪在细胞里是以脂滴的形式存在的,脂滴的核心成分是胆固醇和甘油三酯。身体里脂滴最多的地方一个是肝脏,一个是脂肪细胞。虽然人体在生理上也有一定的储存脂肪的需求,但是过多的脂肪同样意味着疾病,而与脂滴相关的往往都是对人体危害极大的常见病——过度肥胖、脂肪肝、动脉粥样硬化、视网膜黄斑色素变性,甚至有文献报道,阿尔茨海默病的发生可能也和脂滴的积累有关。

「在我们之前,没有报道指出任何一个化合物可以直接把脂滴清除掉,有一些化合物或者生物学过程可以间接调控它,但是没有一个化合物能够直接把它清除掉,用已有的其他技术都搞不定。我想,脂滴正好可以通过自噬来清除——把脂滴和LC3黏在一起。」鲁伯埙说,「理论上,只要清除掉脂滴,就有可能干预和治疗这些疾病。」

实验证明了他的设想。一个最振奋人心的例子来自一个肥胖小鼠的降血脂实验。实验中,肥胖小鼠在实验开始前非常胖,体脂率很高,脂肪甚至多于瘦肉,在注射鲁伯埙课题组设计的靶向脂滴的ATTEC化合物两周后,肥胖小鼠的体重下降 15%,体脂下降20%,更重要的是肝脏功能的改变,药物使得它的血脂很快回到正常范畴,仅仅几天的药物注射后,小鼠的甘油三酯下降到了很低的程度。也就是说,降解化合物让肥胖小鼠成功实现了降脂。此外,在通过特定高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝模型小鼠中,肝脏可能因为脂滴的过度积累出现了纤维化。注射脂滴降解化合物后,纤维化也有了明显改善。这意味着,ATTEC相关的降解药物有希望将治疗窗口期延长,让疾病在已经非常严重的时候依然有机会得到明显缓解,这种降解药物是一种「后悔药」般的存在。相关的论文发表于《细胞研究》,并获得了「赛诺菲-《细胞研究》杰出论文奖」。沿着这个治疗思路,更多实验室验证了ATTEC许多新的可能性。例如,老年人眼部疾病排名第一的视网膜黄斑色素变性,ATTEC在这个眼部疾病上也可以发挥作用。与鲁伯埙课题组合作的赵晨课题组发现,用降解药清除脂滴,可在疾病动物模型中有效拯救视网膜黄斑色素变性,这一研究论文于今年发表于《自然》杂志。还有人提出将 ATTEC应用于医美,在脸部外周注射降解药物,以达到美容效果,不过这一方向尚处于讨论阶段。

「可以说,这种治疗方法提供了一种全新的药物研发思路。」鲁伯埙这样说,「不只对治疗亨廷顿病具有潜力,这种小分子化合物对于其他类型的疾病同样具有治疗潜力。此外,我们发现这种自噬-溶酶体途径不仅可以降解蛋白,还可以降解破损的细胞器、病原体、肝脏细胞里面的脂肪等。」

ATTEC研究也带来了意想不到的收获。为了研究亨廷顿病的疾病过程,鲁伯埙在实验室构建了疾病的细胞模型,模拟脑神经元从发病到死亡的全过程,比如在实验室环境中,通过给予一定的压力条件,让神经元在几天内死亡。有趣的是,在这个模拟的过程中,鲁伯埙偶然观察到,撤走压力条件后,部分神经元却恢复了过来,也就是说,先前观察到已经进入死亡「程序」的神经元「复活」了。

这个偶然发现成了鲁伯埙新研究的起点。他还尝试着干预这个复活过程,更惊奇的结果出现了,他发现这种降低致病蛋白的方法可以增加神经元恢复的比例。「也就是说,这个复活可能是一个与疾病相关的过程,如果你减少病因,(神经元)恢复比例也会增多。」鲁伯埙说。

生物学界对于「细胞死亡」的研究已经较为成熟,但是极少有人研究「细胞复活」,尤其是神经元的「复活」。其实,早先很多人都看到过细胞的复活。鲁伯埙在上学的时候,为了完成实验作业,需要自己培养神经元,但稍不留心就会「养坏了」,他有时候会「想办法抢救一下」看上去已经死掉的神经元,结果发现,多给一些保护性的培养条件,部分神经元也会活过来。这是一个让他感到又好奇又费解的过程,因为野生型神经元的死亡和恢复比较随机,他一直不知道背后的具体机制,也摸不清细胞「复活」的规律,不太清楚怎么就养坏了,又怎么就救回来了。但是,经历过ATTEC的研究后,他又回到了这个极其吸引他的问题——细胞「复活」的机制是什么?什么条件下可以诱导复活?

这是一条困难重重却充满乐趣的新路。鲁伯埙说,他很喜欢做实验,虽然遇到困难的时候他也会发愁,担心经费,担心产出,担心科研过程的漫长会影响学生的毕业时效,但是每当问题得到解决时,那份喜悦也是真实的,尤其是面对临床的疾病问题时。他深知自己的研究能够为更多人带来希望,甚至包括他自己,因为如果ATTEC药物在降解脂滴方面真的能发挥作用,那它将成为他减肥道路上的好帮手。

除此之外,他还有另一个小心愿。直到今天,身为生物学家的他还是会收到病人的来信。因为自己并不是医生,研究成果也远远没有到临床试验阶段,他每次看到那些询问研究进展的邮件后,回信都只能以「抱歉」开头。他期待着在未来的日子,ATTEC相关的研究成果能早日落地,进入临床,让降解药物成为能够真正影响每一个人的临床药,到那时候,他就能够笃定地回信给这些走投无路的病人,告诉他们,治疗有了新的出路。


杨国安对话鲁伯埙:既然死亡是一个过程,那么生死的界限在哪里?

杨国安 腾讯集团高级管理顾问、腾讯青腾教务长

鲁伯勋 复旦大学教授、「科学探索奖」获奖人


杨国安:你对ATTEC这项研究的兴趣最初来自什么?

鲁伯埙:主要的动因是我对疾病感兴趣,我想搞清楚我们怎么做疾病研究,以及怎么去找到治疗疾病的药物。疾病怎么产生的呢?如果我们用一个很简化的观点去看,疾病经常是某一个特定的蛋白质因为遗传、环境等,发生了一些变化,产生毒性,导致细胞整个发生生化反应,最终人体层面的表现就是疾病。从致病蛋白到疾病,之间有一个非常复杂的过程,一个蛋白可能参与几十万个生化反应,但是它的根源是致病蛋白,所以我们就想,能不能从根源上去干预致病蛋白来治疗疾病?这其实也是传统的药物研发的思维,找到一个「biomarker」(生物标志物),针对这样的致病蛋白,经典的药物研发思路是找它所谓的阻断剂,这个方法能成是非常好的,不幸的是有80%的蛋白找不到阻断剂,这80%的蛋白,术语叫作「不可成药靶点」。这些不可成药的靶点怎么办?怎么样用药物干预它?我们找到了一个新的思路——把想清除的东西「拽」到自噬的过程里,去清除掉。

杨国安:这条路是怎么探索出来的?

鲁伯埙:2012年的时候我就有ATTEC的想法,但是没有做出来。坦白来说,当时还挺无知的,我只是在想办法把化合物找到。我来自诺华,还了解蛮多高通量的技术的,所以我尝试了用很多高通量的技术去做这件事。

杨国安:一开始判断筛选出这些小分子化合物的比例是多少?

鲁伯埙:当时完全没有判断,因为从来没有人报道过自噬蛋白结合的化合物。因为经费紧张,本来我也试图不做筛选,一直在文献里面找,如果有人报道过自噬的化合物,我们把这两个化合物用化学反应接在一起就可以,就不用筛选了,但怎么也没有找到。后来我去各种自噬的会议,因为研究自噬而得了诺贝尔奖的人我也问过,到底有没有化合物可以直接结合自噬剂,特别是LC3的,他也从来没有看过。所以没有办法,我只有自己做筛选。

杨国安:这样岂不是漫无目的,有一种大海捞针的感觉?

鲁伯埙:的确有很多运气在里面。我的很多方法不成功并不是理论上不能成功,而是太烧钱。我一算,筛选要花几百万,可我当时的经费一共只有几百万,都花在这上面,万一不成功,实验室就要关门了。对当时的我来说,这个项目风险巨大:没有人知道能不能找到这样的化合物;即使找到这样的化合物,它是不是真的能降解,我们其实也不知道。从概念到真正得到很好的化合物,还是有很多风险的。

杨国安:当时支撑你在这么大风险下坚持做的动力是什么?

鲁伯埙:动力有两方面。一个是希望能造福病人,如果做出来,它的价值会很大,比如,干预亨廷顿病,它是使病人受益最大的一种治疗策略。从原理上讲,如果我们找到一个小分子药物,它不干扰别的蛋白,直接作用于致病蛋白,对于这个疾病的治疗意义是很大的。这是我基于这个领域的一个判断。

第二个动力是希望能发展一个新的科技方向,我觉得它有希望发展成一个所谓的「平台技术」,也就是说,一旦我找到了这样的分子,那么我们就有可能把别的东西送到自噬里面去降解,它可以降解各种不同的靶点,它潜在的平台价值也很大。所以动力主要还是看好这个科学研究方向的前沿价值。

杨国安:药物研发过程中有什么印象深刻的故事吗?

鲁伯埙:我以前在诺华的时候最经典的例子是一款抗癌药物的研发。

它的致病蛋白是20世纪80年代发现的,是一种酶由于活性太高而导致了白血病,这是一种比较严重的癌症。癌症那时候只有化疗药物,没有靶向药物,它是第一个靶向药物。它的发现过程并不是特别曲折,但是它的发展过程有点曲折。白血病很早就被发现了,它的遗传学规律、染色体突变也是很早就被发现了,但后来针对它筛选阻断剂,在准备推临床试验的时候,被当时的商业部门否决了。因为当时他们觉得这个疾病在美国的发病率很低,美国患此病的只有5000人,所以认为做临床试验不值得,就否决了。但科学家坚决反对这个决策,直接去找公司当时的CEO(首席执行官)。当时的 CEO是MD(医学博士)出身的,还比较懂科研,他拍板说,还是要上临床,因为他觉得这是一个跨时代的药物——从化疗药物的时代跨向靶向药物的时代。这个药物成功了,得了拉斯克奖,也有人认为今后有可能得诺贝尔奖。是科学家的坚持,才让这个药物最后上了临床。临床使用后,发现它不止可以治白血病,不同癌症只要有这个突变,它的效果就非常好。后来,这个药物每年的营收有50亿美元左右,成了当时诺华年销售额排名第二的药物。

杨国安:ATTEC目前研究的最新进展是什么?

鲁伯埙:我们正在尝试的一个方向是小分子操控系统,这个工作量非常大,我也不知道能不能完成。从分子层面看,细胞内行使最多功能的还是蛋白质。蛋白质本身有两三万种,如果发生变化,就会出现很多情况。有的时候我们需要把变化的蛋白质清除掉;有的时候是蛋白质水平太低了,或者功能不全了,我们要想办法把它给补充回来;还有的时候是蛋白质位置不对,我们要把它纠正过来。于是我就想到,我们能不能找到一个所谓的操控系统,给细胞加入不同的化合物,从而操控不同的蛋白?

杨国安:用什么方法来解决这个问题?

鲁伯埙:我们的策略有两种。一种还是类似于ATTEC的「胶水」,之前我们讲的是把细胞拽到一个降解的机器里去降解,其实细胞还有其他的机器,比如运输机器,可以把蛋白质拽到运输车上,把它带到应该去的地方。如果蛋白质位置不对,我们就通过胶水,把它拽到运输车上,送到正确的位置。还有一种方法,我们叫作「标签法」。在细胞内识别不同的蛋白,往往是依靠识别蛋白的一个特殊标签,比如说,需要蛋白去什么位置,就给它加一个定位的标签。所以我们在考虑用这种方法来对蛋白进行操控。打标签,在化学上,相对来说是更简单的方法,但它的缺点是,我们对很多生物学过程用的标签还不清楚,也就是说,打什么样的标签可以让它干这个事情,有些我们已经知道了,但是大部分还是不知道的,所以标签法目前适用面还相对较窄,相比之下,我们对胶水法知道的更多一些,可能适用面会更广一些。两种方法都在尝试。

杨国安:这种小分子操控系统有没有一些具体的例子?

鲁伯埙:已经在做的一些,比如P53(蛋白)的案例。简单地说,P53有很多功能,包括抑制癌细胞,P53水平高了,就不容易得癌症,所以我们想,如果有办法把它的水平提上去,就可以用来治疗癌症。这个用降解的方法不行,降解清除掉P53,癌症可能会恶化。我们要想办法用胶水法把P53给连到一个可以稳定蛋白的机器上去,这样就可以提高它的水平。还有一个是标签法的例子。「基因编辑」是得了诺贝尔奖的工作,它是利用一套酶的系统,再利用一些蛋白去剪切DNA,改变DNA的序列,实现基因编辑。基因编辑有一个很大的风险,蛋白进入细胞核以后,改变那里的DNA的序列,但是这些蛋白一直待在细胞核里面是危险的,因为它会不停剪切基因组,那么基因可能会变来变去。我们的一个解决办法是,让这些蛋白先待在细胞核外面,这样它就没有机会剪切,等需要对基因进行编辑的时候,我们再给它加一个细胞核定位分子,这时它才进入细胞核里面开始剪切。我们可以控制时间,比如说只让它剪切一个小时,完成之后,我们洗掉化合物,这些蛋白又会逐渐流出来,不会留在细胞核里。这样就可以比较大地提高安全性。上面讲的这些更多的是药物研发的策略,是前沿探索,离真正的药物还有非常大的距离,我们更多是证明一个概念的可行性,至于能不能发现药物且用在病人身上,还有很远的路要走。

杨国安:ATTEC发表之后,你觉得它对这个(亨廷顿)病以及这个研究领域的改变是什么?

鲁伯埙:最终的实际效果还很难说,也许最后还是不成功,但是我觉得至少它提供了一条新的路。之前没有人认为这条路能走得通,或者说,谁也不知道这条路能不能走。我们从概念上证明了,这条路是可能走通的。按照第一性原理,最终是能实现的,那么具体就要通过工程学的方法来实现(怎么做的问题)。

杨国安:等于开辟了一条没有人走过的、现在看起来正在走通的路,而且你是为(亨廷顿病)病人发明了这个技术,现在它又可以用于(治疗)很多其他疾病。你觉得现在比较大的困难是什么?长远来看,困难又是什么?

鲁伯埙:一个具体的困难,是我们现在的化合物还不是活性最理想的,它对于脂滴的降解是挺不错的,但是对于亨廷顿蛋白的降解,降不到一半,并不是特别理想。另外它还有毒性,所以还会有别的影响,我们也希望尽量去避免这个影响。第三个方面更多是商业上的考量,因为做一个药成本非常高,必须要用专利去保护。还有药物动力学的问题,即药物在人体里面是怎么代谢的,这需要进一步研究。当然,总的来说,这些问题在工业界是有比较成熟的解决流程的,但也有可能发生意外,有时候也可能会失败。既然死亡是一个过程,那么生死的界限在哪里?

杨国安:接下来的研究中,你最大的愿景是什么?

鲁伯埙:这个(研究)是刚刚开始做的,我们叫作「神经元的复活」。

这个研究是全新的,跟之前的不太一样。关于细胞死亡有很多研究,包括我们研究神经退行,其实就是神经元的死亡。但是,我最近在思考一个问题,很多研究发现,死亡其实是一个信号通路的过程,是一个程序性的过程,那么,有没有可能,神经元进入死亡的程序之后,还能够逃逸这个死亡程序逆转回来?比如说,老年痴呆就是因为神经元死了,人的脑细胞死了,其实一般神经元的死亡是很慢的,但是老年痴呆的神经元死得很快,现在的治疗方法都是想办法减缓它的死亡。就像我们做的亨廷顿病的研究,也是通过清除致病蛋白,减缓这种神经性的死亡。我在想,既然「死亡」是一个过程,我们能不能逆转它,把开始死亡的神经元,甚至已经死亡的神经元「复活」回来?

杨国安:它的原理是什么?

鲁伯埙:原理我还不知道,但我看到一篇很老的文献,研究的是把一个已经死亡 8小时的人脑切片放在人工脑脊液里面,灌高浓度的氧气去培养,一个多小时以后,里面的神经元又可以运输染料了——活的神经元可以吸收、运输染料,死掉的神经元是运输不了的,相当于说,这些神经元又复活了。还有《自然》杂志上新近发表的两篇文章。文章发现猪被屠宰4~6小时以后,不只脑死亡了,其他主要器官包括肝脏也死亡了。后来他们用了一个比较复杂的循环系统,叫作 OrganEx,通过这个循环系统给细胞灌流一些营养物质和氧气,发现这些细胞又复活了,包括脑部的神经元,肝脏的细胞也复活了。当然,猪本身作为一个动物是没有复活的,但是这些器官里的细胞看起来是复活了,或者说,这些细胞看上去之前是进入了休眠状态,灌流可以让它们恢复一些功能。这就提示,在细胞层面上,当一个动物死去,细胞的生命功能会在几个小时内丧失,但是通过特定的灌流系统补充能量和氧气,部分功能有可能恢复,所以我觉得细胞失去生命活动以后,是有可能重新恢复生命活动的。如果我们把这种逆转定义为复活,那么细胞的「复活」是有可能成立的,也就是说从第一性原理看,细胞是有能力复活的。

杨国安:你的研究设想是什么?

鲁伯埙:我想搞清楚细胞能不能复活。首先,我想用一个体外的培养系统,验证神经元是不是能复活,我也想知道这个复活的神经元是通过一个什么样的分子过程复活的。因为细胞死亡是一个由有序的生物分子反应形成的一个程序性过程,我推测复活是否也会是这样一种程序性的过程。我的想法是,建立一个筛选系统,用一些方法把神经元给弄死以后,可以在神经元里面做筛选,挑出神经元不同的基因,看看什么样的基因可以促进复活,就可以把这个过程的关键基因给找出来。

杨国安:这个新设想可以有哪些应用?

鲁伯埙:疾病方面的应用可能就是老年痴呆,以及其他神经退行性疾病。此外,这可能加深我们对细胞死亡的理解。在一般人心中,死亡可能是一个很明确的定义,但是在生物学家看来,(死亡的过程)在细胞层面是由一系列复杂反应组成的程序,可能会持续挺久。单个细胞的话,我们其实做了一些实验,进入细胞死亡程序之后复活,这个过程是存在的。但是这里面有很多具体的问题,例如进入死亡程序多久后还能复活,我们还在摸索。现在看,其实死亡后24小时都是有可能复活的。当然,死亡24小时不是说真正的死亡,而是它接收到死亡的信号,开始进入这个(死亡)程序,很长一段时间还可以逆转,或者说逃逸死亡。

杨国安:神经元复活的研究,是目前最前沿的研究吗?你是全世界最早提出的人吗?

鲁伯埙:我的确没有看到过别人的研究报道,也许有人在做,但没做出来,或者这个过程本身就太难研究了。关于癌细胞复活倒是有一点相关研究。癌细胞的复活能力特别强,这个报道也相对较多。用各种抗癌药物杀死了它以后,尽管观察到了它的凋亡,不管是形态还是功能都提示这些癌细胞已经死了,但是你把那些杀死它的药物洗掉以后,它又复活了。比如有人发现用酒精杀死癌细胞以后,把酒精洗掉,癌细胞不仅能重新活过来,还能够重新具备分裂的能力。但是这背后的分子机制,同样不知道。不过,癌细胞和神经元有个很大的不同,癌细胞是分裂能力很强的细胞,而神经元是不能分裂的细胞。因此,癌细胞能活过来而且能分裂,不代表神经元也一定有这样的能力,所以即便同是复活,这个过程可能也不一样。

杨国安:假设这项研究成立,未来有突破性进展让你发现如何逆转死亡,让神经元复活,它会带来伦理学的问题吗?

鲁伯埙:我觉得这个差距还是很大的,更多的还是一个细胞生物学的问题。我想了解死亡的本质——死亡的过程,生和死的界限到底在哪里?在这个过程里,「死」到什么程度就逆转不了了?「死」到什么程度还可以逆转?我之所以想做蛋白操控系统也有这个原因。比如,假如我们有一个蛋白的操控系统,又如果复活的关键是某一些蛋白产生特定的变化,那么我们就可以对死亡的细胞加相应化合物,通过促进这些蛋白的特定变化来促进细胞的「复活」。如果「复活」是存在的,那么它可能是由一套分子系统来达成的,我想要找到这套分子系统。■ 
                                                                              
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2024-01-11 10:12
科技

在「无药可救」的疾病面前,他找到可能的新路

整个制药行业的成药率只有4.1%,在这里,演讲的主题词是「困境」「艰难」「失败」「无法实现」。
医药合成胚胎在伦理上的“第22条军规”
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杨国安

■【每次参加学术界的会议,台上讲的都是希望,新的实验、新的发现、新的假说、新的可能性。每个领域都发表了很多新论文,里面提供了大量充满希望的数据。这是一种科学进步的希望,人类在不断深入理解疾病,抱着这些新认知,走出会议室的时候,总有一种「人类即将战胜疾病」的乐观。但是,转身去一场制药企业的讨论会,气氛就完全不一样了。整个制药行业的成药率只有4.1%,在这里,演讲的主题词是「困境」「艰难」「失败」「无法实现」。】

疾病现状:在希望和绝望之间

生物学家鲁伯埙十分懂得生病的难处。他并不是医生,但他在病人中间出了名,因为他是一个为无药可救的疾病寻找新药研发路径的研究者。他是复旦大学教授、 「科学探索奖」获奖人,由于他主要从事神经退行性疾病研究,每隔一段时间,他的邮箱就会收到很多陌生人的来信,他们一边向他倾诉这种疾病给自己带来的痛苦,一边向他询问五花八门的问题:什么时候能研发出药物?药物什么时候能进入临床阶段?中间还掺杂着苦涩的关心:我们知道罕见病药物很难盈利,你们找到药企愿意投资了吗?我把房子卖了400万,捐给你们做研究基金好吗?还有很多人向他表态:「如果可以,我愿意当小白鼠,给生命科学做点贡献。」

疾病是人类最古老的困局。这种感受他从上学的时候就体会到了。博士毕业找工作那一年,鲁伯埙参加了很多医学界的会议,研究了形形色色的疾病及其治疗现状,他本来只是想通过这种方式寻找自己未来的研究方向,却在这个过程中看到了疾病的现状。他最大的感受是一种落差——疾病面前的人类,始终徘徊在希望和绝望之间。

每次参加学术界的会议,台上讲的都是希望,新的实验、新的发现、新的假说、新的可能性。每个领域都发表了很多新论文,里面提供了大量充满希望的数据。这是一种科学进步的希望,人类在不断深入理解疾病,抱着这些新认知,走出会议室的时候,总有一种「人类即将战胜疾病」的乐观。但是,转身去一场制药企业的讨论会,气氛就完全不一样了。整个制药行业的成药率只有4.1%,在这里,演讲的主题词是「困境」「艰难」「失败」「无法实现」。这种困境在神经退行性疾病的治疗上尤为突出。神经退行性疾病很多都是「不治之症」,即便是发病率最高的阿尔茨海默病,药物开发的成药率也只有0.5%,不仅远远低于整个制药行业4.1%的成药率,且迄今仍未找到有效的根本性治疗手段,仅有暂时缓解症状的药物。在这些疾病面前,时间似乎停滞了,研究困顿,止步不前。

这将成为一个日渐严重的问题,影响许多人。世界卫生组织预测,到2040年,神经退行性疾病将会取代癌症,成为人类第二大致死疾病,然而目前世界范围内还没有任何一种药物能够有效治疗它们。

这也成了鲁伯埙决心研究一种新的治疗方法的驱动力。「当时想要做神经退行性疾病也是因为,其他疾病外科可以解决,但是神经退行性疾病挑战很大。当时每次开相关的学术会议都有人总结说,我们这个领域已经发表30多万篇文章了,但还没有一个真正能减缓疾病进程的突破性的药物。」鲁伯埙说。

一个最典型的例子是亨廷顿病。这是一种长期困扰人类的神经退行性疾病,人类发现这种病已经超过150年了,科学家已经破解了这种病的许多特质:明确知道它是一种单基因遗传病,准确找到了它的致病基因序列,也找到了破坏人脑的具体突变蛋白,很多技术进步都发挥了作用,例如基因筛查技术可以准确诊断出一个人是否患有亨廷顿病,冷冻电镜技术也让研究者能够直接看到亨廷顿蛋白的结构……可即便如此,迄今为止,针对亨廷顿病尚无任何有效的治本药物研发出来,所有治疗手段都只能缓解病人的症状,这种病既无法根治或延缓进展,也无从预防。

这意味着,一个人一旦发病,面临的将是无药可救的绝境。亨廷顿病通常在一个人40多岁时发病,统计数据显示,病人通常在发病10~15年后死亡。但是这个10年生存期取决于照护质量,由于亨廷顿病的症状很难通过药物缓解,病人的生存质量差,在照护条件不好的情况下,病人会很快死去。

亨廷顿病的治疗困境,折射出新药研发的一大难关。传统的药物研发思路是从致病蛋白开始,针对致病蛋白寻找阻断剂,基于各种各样的机制,用小分子来阻断它,从而阻止疾病的发生。这就是靶向药的研发思路。不幸的是,这个方法对大部分蛋白是不适用的。这个方法要求蛋白有明确的生物化学功能,以及可以结合小分子化合物并阻断其生化功能的表明区域,这被称为「活性口袋」。但是80%的蛋白不满足上述的两个条件,因此很难找到一个化学小分子去阻断它,也很难设计相应的筛选阻断剂的方法。它们被称为「不可成药靶点」。

在亨廷顿病的会议上,鲁伯埙越来越真切地认识到「不可成药」对人的影响。会议邀请了一位病人作为患者代表来现场,讲述病人立场的疾病现状。生病之前,这位病人是哈佛大学教授,有自己的研究领域。刚生病的时候,他对疾病的理解很有限,只看到疾病定义里的短短几行字:「亨廷顿病的致病基因破坏患者大脑内的皮层和纹状体,引起起舞动作。」他一度认为这种病的最大坏处只是「手舞足蹈」,但真的发病后,他的痛苦并不是舞蹈一样的动作,而是对自我控制的丧失。他发现自己渐渐失去了专注思考复杂问题的能力,继而丧失了工作上的乐趣,后来又逐渐失去了对舌头肌肉的调动能力,表达也变得困难。他没有办法像过去一样思考问题,也没有办法把这份痛苦准确地表达出来。他逐渐失去了对自己身体的控制,在绝望中彻底成为一个病人。

相比于不由自主地手舞足蹈,真正让他绝望的是无药可救的困境,治疗是漫长、痛苦且无效的。正是因为亨廷顿病的致病蛋白——变异亨廷顿蛋白是不可成药靶点,所以无法找到阻断剂,没有有效药物治疗。目前,亨廷顿病最前沿的治疗策略是基因治疗,但还在临床试验阶段,其效果还有待检验。因为它是一种生物大分子药物,而大分子要进入大脑是很困难的,所以病人无法通过口服给药,必须进行腰椎穿刺,通过腰椎泵进行给药。这本身就是一种较为痛苦的治疗方式,再加上这种生物大分子造价很高,成本远远高于小分子药物,即使临床试验获得成功,患者每年的治疗费用预计也需要数十万美元。

这种无助的绝境给无数家庭带来了漫长且沉重的打击和挥之不去的心理阴影。一个耐人寻味的现实细节是,亨廷顿病是一种单基因遗传疾病,也就是说,通过检测一个点位的基因,就能预测一个人在40岁以后是否有可能发病。基因诊断学技术大大提高了疾病的诊断率,原本这应该成为医学进步对人类的贡献,但是,这些代表希望的医学进步在现实中有时意义有限——只有不到三分之一的家属愿意检测。他们的理由是,这个病无药可救,与其活在无助的恐惧里,还不如从头至尾都不知道,至少发病前的日子能好好活。

十多年间,鲁伯埙一直致力于神经退行性疾病的研究,但是,与研究一种病的干预思路相比,他更着眼于超越现有药物研发的困境,寻找一种新的治疗策略——对于那些无药可救的疾病,有没有可能找到一种根本性策略,为根治疾病找到一条新路?


ATTEC:一种新的治疗思路

新方法是在一系列充满不确定性的坚持中偶然出现的。博士毕业后,鲁伯埙一直在全球医药健康行业的跨国公司诺华(Novartis)从事神经退行性疾病研究,自 2012年起,鲁伯埙回国,在复旦大学生命科学学院担任研究员,继续寻找疾病的新药研发方向。开始的几年,探索不算顺利,研究经费也日渐减少,继而告急,但他仍在锲而不舍地向前探索各种策略,其中一个关键突破渐渐浮现——ATTEC。

ATTEC,全称autophagosome-tethering compounds,即「自噬小体绑定化合物」。在鲁伯埙开始这项研究的时候,整个学术界对这个领域的报道几乎一片空白。一切都要从头开始,最开始连鲁伯埙自己也不确定,这是不是一种可行的思路,最终能不能拿到理想的结果。他冒着很大风险尝试一条没有人走过的路,支撑他做下去的是一种基本判断——人会生病,就是因为出现了致病蛋白,只要想办法清除致病蛋白,疾病就能得到控制。既然80%的蛋白无法找到阻断剂,那就换另一种方法,用自噬降解致病蛋白。

细胞自噬[这里主要指巨自噬(macroautophagy)]是一个生物学领域的古老概念,最早在20世纪60年代就被科学家发现,后来日本科学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)对细胞自噬机制的发现还使他获得了2016年的诺贝尔奖。在生物学领域,人们喜欢将自噬形容成《吃豆人》游戏:一个细胞在饥饿状态下,为了生存,它会把自身材料降解掉,供自己循环使用,维持一个存活的能量水平,也就是说,细胞在饥饿状态下,会出现为了保命而「自己吃自己」的现象。自噬概念在鲁伯埙的学生时代就已经是课堂上的前沿话题,后来他在诺华的实验室也见了利用自噬研发癌症、阿尔茨海默病药物的案例。研究人员在细胞自噬过程中看到了一种治疗疾病的可能性——既然自噬过程可以清除蛋白,如果它清除的恰好是致病蛋白,那不就是治病了吗?

问题是,这些初步尝试的效果都不太理想。自噬过程中有一种核心的细胞器叫作自噬[小]体(autophagosome),它会将细胞中的部分蛋白包裹起来,再通过一系列细胞生物学过程将这些蛋白消化掉,转换成所需的物质和能量。可是,这个过程的问题在于,它是一个「一视同仁的杀手」,没有什么选择性,不会专门去清除导致疾病的蛋白。只要自噬机制激活了,自噬小体就会把一整块地方的物质都包裹住,吞噬、消灭、转化成能量。

鲁伯埙也做过不少实验,他的难关也出现在选择性上。每一个细胞有两三万个不同的蛋白质,每一个蛋白可能参与几十万个生化反应,这当中既有致病蛋白,又有正常的健康蛋白,即便在导致疾病的亨廷顿蛋白内部,也是既有致病的亨廷顿蛋白,又有野生型蛋白。可是,自噬[小]体往往「一视同仁」,杀死致病蛋白,同时也杀死很多正常的蛋白,也就是说,如果用这样的策略做药,药的副作用太大了。

困在死胡同的时候,鲁伯埙产生了一个大胆的设想:有没有可能给这个自噬过程创造出一种胶水一样的东西,而且是一种定向有效的胶水,只对致病蛋白有效,只把致病蛋白黏在自噬[小]体内?为了实现这个目标,鲁伯埙把眼光投向了LC3这个蛋白。这是一个自噬[小]体膜上广泛分布的蛋白,它本身会被脂化,从而牢固地「挂在」自噬[小]体膜上。鲁伯埙设想,如果能利用「胶水」把致病蛋白和 LC3黏在一起,这样每次致病蛋白经过LC3的时候,都会因为这种胶水的存在而停留在自噬[小]体内部,久而久之,越来越多的致病蛋白会被「胶水」黏在自噬[小]体内,最后通过自噬过程,被一举歼灭。

鲁伯埙开始朝着这个设想的方向努力。他希望用一种小分子化合物(small molecule compounds)实现靶向自噬的胶水的功能,但这在当时是一个从来没有人研究过的课题。为了找到合适的「胶水」,他查阅了很多论文;参加自噬大会,跟药企和其他实验室的同行讨论;还请教了大隅良典本人。但他都没有得到答案,只能自己动手寻找。他设计了一个理想实验——构建一个化合物库(compound library),然后通过检测化合物-蛋白相互作用来筛选其中的「胶水」。实际实施时,问题卡在了筛选机制上,他尝试了很多方法都不太成功,信噪比达不到筛选的要求,而且所尝试的几种筛选方式一次性最多只能测300多个化合物,效率也不高。

2015年,鲁伯埙偶然间听了一场光科学的讲座。当时,身处光科学系的费义艳分享了她的新技术:一种小分子芯片光学筛选系统,它有两大关键技术,小分子芯片(small molecule microarray, SMM)和免标记斜入射光反射差(oblique-incidence reflectivity difference, OI-RD)技术,这个系统可以把最多5000个小分子化合物点样在一厘米的小薄片上,每个化合物对应一个坐标,当靶标蛋白流过时,一旦它能够与芯片上的特定小分子结合,这个坐标点 上的分子层就会增厚,这一微小变化会被光学方法灵敏检测到,从而在很短的时间内检测出很多不同的化合物-蛋白相互作用。

这对鲁伯埙来说犹如神来之笔。他找到费义艳,两个团队合作「小分子化合物」和「自噬途径降解」的课题,根据鲁伯埙的实验设计方法,利用费义艳设计的小分子芯片光学筛选系统,对近4000种化合物进行了筛选。

最终,四种符合条件的小分子化合物在2016年初出现了。它们能够发挥「胶水」的功能,既能够与LC3蛋白结合,也能够与变异亨廷顿病蛋白结合,同时又能保证不与正常的亨廷顿蛋白结合。接下来的关键就在于验证——这四种小分子化合物,真的能降解致病蛋白吗?

答案一开始是否定的。当时,课题组做了不少测试,一开始是组里学生做,看不到致病蛋白降解,后来鲁伯埙自己测试,还是看不到多少效果。后来他一度不敢让学生做了,怕耽误他们的学业,改用业余时间自己验证,可是效果都很差。哪怕是最好的结果,也只能看到一点点降解,并不明显,更多时候根本看不见。

因为这是一个完全空白的领域,从来没有人验证过自噬是不是真的可以实现致病蛋白降解。有一小段时间,鲁伯埙也陷入了自我怀疑:是不是自己想错了,也许这条路也走不通?

有天中午他和妻子在学校食堂吃饭,讨论起另一件事。鲁伯埙的妻子也是生物学领域的研究者,她当时正在申请一个项目,研究目标是设计一个化合物,将两个相同的蛋白分子拉到一起形成二聚体,从而发挥相应功能。但是实验过程中出现了一个奇怪的现象,她明明设计了一种符合条件的化合物,但是化合物浓度高了反而无效,只有把浓度降到一定程度才能成功地把两个蛋白拉到一起。妻子始终想不明白,丈夫作为局外人一下子反应过来了,还用数学模型推演了一遍,笑话她「当局者迷」:「你是要靠这个化合物把两个东西拉到一起,浓度过高会导致它分别和这两个东西结合,反而拉不到一块儿去啊!」

自己的一句话点醒了自己——自噬实验是不是也正是因为小分子化合物的浓度太高了,反而不奏效?因为阻断剂的应用一般需要高浓度,低浓度看不到,所以在此之前,他一直习惯性地沿用在药企工作时研发阻断剂的筛选标准,在高浓度下观察反应,但是,这次要研发的并不是阻断剂,而是降解药。降解失败,会不会跟浓度有关?

紧接着,鲁伯埙把想法告诉了博士生李朝阳,让他立刻去检测一系列低浓度化合物的效果,结果是在晚上快十一点拿到的——浓度降下来以后,致病蛋白被成功降解,效果非常明显。李朝阳博士第一时间把结果发送给了鲁伯埙。

这个激动人心的结果,证明ATTEC的设想初步成功了。后来,他带着课题组做了完整的浓度取样,结果发现,浓度和致病蛋白被清除后的水平呈现U形曲线,浓度太低了不行,浓度太高了也无法发生。他得到了一套详尽的数据,充分证明了这些「小分子胶水」的作用和作用原理。

就在这一系列的偶然和奇遇之后,一种全新的治疗疾病的方法正式诞生了——在靶向药之后,基于自噬的降解药物可能成为病人新的希望。2019年10月,鲁伯埙和合作者费义艳、丁澦、党永军等人将这项研究成果发表于《自然》杂志,里面详尽展示了这种「致病蛋白选择性降解新技术」,这也成为我国科学家掌握的具有自主知识产权的一项核心技术。

这篇论文入选了《自然》「年度十大杰出论文」,发表后陆续得到学界的认可,英国知名化学家、英国皇家化学学会(RSC)和皇家生物学学会(RSB)的会士爱德华·泰德(Edward Tate)于2021年在《细胞研究》(Cell Research)杂志上发表文章,评价ATTEC为「a rising star」(一颗冉冉升起的新星),称赞这项研究「将改变已有的生物过程研究方式,揭示了一个原创治疗范式的全新方向」。


未来应用:降脂、减肥、逆转死亡?

生物学界对于ATTEC研究的反馈颇为热烈。鲁伯埙设计这个策略的初衷,是解决亨廷顿病无药可救的问题,但是更多研究者受到ATTEC思路的启发,利用鲁伯埙发现的四个小分子化合物,试图解决更多疾病的成药问题。比如,有文献报道,研究者改造了鲁伯埙发现的化合物,用来降解癌症的蛋白,尝试着将自噬纳入抗癌药物研发的轨道。

这股来自外界的踊跃尝试的热潮,反过来启发了鲁伯埙的研究。他产生了一个新的大胆设想:许多时候人会生病,除致病蛋白以外,也有非蛋白物质的影响,对于有些对人体有害的物质,现有治疗手段同样束手无策。既然ATTEC证明可以降解致病蛋白,那么,它能不能用来降解同样对人有害的非蛋白物质?

鲁伯埙设计了一个新的实验,目标是降解脂滴。脂肪在细胞里是以脂滴的形式存在的,脂滴的核心成分是胆固醇和甘油三酯。身体里脂滴最多的地方一个是肝脏,一个是脂肪细胞。虽然人体在生理上也有一定的储存脂肪的需求,但是过多的脂肪同样意味着疾病,而与脂滴相关的往往都是对人体危害极大的常见病——过度肥胖、脂肪肝、动脉粥样硬化、视网膜黄斑色素变性,甚至有文献报道,阿尔茨海默病的发生可能也和脂滴的积累有关。

「在我们之前,没有报道指出任何一个化合物可以直接把脂滴清除掉,有一些化合物或者生物学过程可以间接调控它,但是没有一个化合物能够直接把它清除掉,用已有的其他技术都搞不定。我想,脂滴正好可以通过自噬来清除——把脂滴和LC3黏在一起。」鲁伯埙说,「理论上,只要清除掉脂滴,就有可能干预和治疗这些疾病。」

实验证明了他的设想。一个最振奋人心的例子来自一个肥胖小鼠的降血脂实验。实验中,肥胖小鼠在实验开始前非常胖,体脂率很高,脂肪甚至多于瘦肉,在注射鲁伯埙课题组设计的靶向脂滴的ATTEC化合物两周后,肥胖小鼠的体重下降 15%,体脂下降20%,更重要的是肝脏功能的改变,药物使得它的血脂很快回到正常范畴,仅仅几天的药物注射后,小鼠的甘油三酯下降到了很低的程度。也就是说,降解化合物让肥胖小鼠成功实现了降脂。此外,在通过特定高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝模型小鼠中,肝脏可能因为脂滴的过度积累出现了纤维化。注射脂滴降解化合物后,纤维化也有了明显改善。这意味着,ATTEC相关的降解药物有希望将治疗窗口期延长,让疾病在已经非常严重的时候依然有机会得到明显缓解,这种降解药物是一种「后悔药」般的存在。相关的论文发表于《细胞研究》,并获得了「赛诺菲-《细胞研究》杰出论文奖」。沿着这个治疗思路,更多实验室验证了ATTEC许多新的可能性。例如,老年人眼部疾病排名第一的视网膜黄斑色素变性,ATTEC在这个眼部疾病上也可以发挥作用。与鲁伯埙课题组合作的赵晨课题组发现,用降解药清除脂滴,可在疾病动物模型中有效拯救视网膜黄斑色素变性,这一研究论文于今年发表于《自然》杂志。还有人提出将 ATTEC应用于医美,在脸部外周注射降解药物,以达到美容效果,不过这一方向尚处于讨论阶段。

「可以说,这种治疗方法提供了一种全新的药物研发思路。」鲁伯埙这样说,「不只对治疗亨廷顿病具有潜力,这种小分子化合物对于其他类型的疾病同样具有治疗潜力。此外,我们发现这种自噬-溶酶体途径不仅可以降解蛋白,还可以降解破损的细胞器、病原体、肝脏细胞里面的脂肪等。」

ATTEC研究也带来了意想不到的收获。为了研究亨廷顿病的疾病过程,鲁伯埙在实验室构建了疾病的细胞模型,模拟脑神经元从发病到死亡的全过程,比如在实验室环境中,通过给予一定的压力条件,让神经元在几天内死亡。有趣的是,在这个模拟的过程中,鲁伯埙偶然观察到,撤走压力条件后,部分神经元却恢复了过来,也就是说,先前观察到已经进入死亡「程序」的神经元「复活」了。

这个偶然发现成了鲁伯埙新研究的起点。他还尝试着干预这个复活过程,更惊奇的结果出现了,他发现这种降低致病蛋白的方法可以增加神经元恢复的比例。「也就是说,这个复活可能是一个与疾病相关的过程,如果你减少病因,(神经元)恢复比例也会增多。」鲁伯埙说。

生物学界对于「细胞死亡」的研究已经较为成熟,但是极少有人研究「细胞复活」,尤其是神经元的「复活」。其实,早先很多人都看到过细胞的复活。鲁伯埙在上学的时候,为了完成实验作业,需要自己培养神经元,但稍不留心就会「养坏了」,他有时候会「想办法抢救一下」看上去已经死掉的神经元,结果发现,多给一些保护性的培养条件,部分神经元也会活过来。这是一个让他感到又好奇又费解的过程,因为野生型神经元的死亡和恢复比较随机,他一直不知道背后的具体机制,也摸不清细胞「复活」的规律,不太清楚怎么就养坏了,又怎么就救回来了。但是,经历过ATTEC的研究后,他又回到了这个极其吸引他的问题——细胞「复活」的机制是什么?什么条件下可以诱导复活?

这是一条困难重重却充满乐趣的新路。鲁伯埙说,他很喜欢做实验,虽然遇到困难的时候他也会发愁,担心经费,担心产出,担心科研过程的漫长会影响学生的毕业时效,但是每当问题得到解决时,那份喜悦也是真实的,尤其是面对临床的疾病问题时。他深知自己的研究能够为更多人带来希望,甚至包括他自己,因为如果ATTEC药物在降解脂滴方面真的能发挥作用,那它将成为他减肥道路上的好帮手。

除此之外,他还有另一个小心愿。直到今天,身为生物学家的他还是会收到病人的来信。因为自己并不是医生,研究成果也远远没有到临床试验阶段,他每次看到那些询问研究进展的邮件后,回信都只能以「抱歉」开头。他期待着在未来的日子,ATTEC相关的研究成果能早日落地,进入临床,让降解药物成为能够真正影响每一个人的临床药,到那时候,他就能够笃定地回信给这些走投无路的病人,告诉他们,治疗有了新的出路。


杨国安对话鲁伯埙:既然死亡是一个过程,那么生死的界限在哪里?

杨国安 腾讯集团高级管理顾问、腾讯青腾教务长

鲁伯勋 复旦大学教授、「科学探索奖」获奖人


杨国安:你对ATTEC这项研究的兴趣最初来自什么?

鲁伯埙:主要的动因是我对疾病感兴趣,我想搞清楚我们怎么做疾病研究,以及怎么去找到治疗疾病的药物。疾病怎么产生的呢?如果我们用一个很简化的观点去看,疾病经常是某一个特定的蛋白质因为遗传、环境等,发生了一些变化,产生毒性,导致细胞整个发生生化反应,最终人体层面的表现就是疾病。从致病蛋白到疾病,之间有一个非常复杂的过程,一个蛋白可能参与几十万个生化反应,但是它的根源是致病蛋白,所以我们就想,能不能从根源上去干预致病蛋白来治疗疾病?这其实也是传统的药物研发的思维,找到一个「biomarker」(生物标志物),针对这样的致病蛋白,经典的药物研发思路是找它所谓的阻断剂,这个方法能成是非常好的,不幸的是有80%的蛋白找不到阻断剂,这80%的蛋白,术语叫作「不可成药靶点」。这些不可成药的靶点怎么办?怎么样用药物干预它?我们找到了一个新的思路——把想清除的东西「拽」到自噬的过程里,去清除掉。

杨国安:这条路是怎么探索出来的?

鲁伯埙:2012年的时候我就有ATTEC的想法,但是没有做出来。坦白来说,当时还挺无知的,我只是在想办法把化合物找到。我来自诺华,还了解蛮多高通量的技术的,所以我尝试了用很多高通量的技术去做这件事。

杨国安:一开始判断筛选出这些小分子化合物的比例是多少?

鲁伯埙:当时完全没有判断,因为从来没有人报道过自噬蛋白结合的化合物。因为经费紧张,本来我也试图不做筛选,一直在文献里面找,如果有人报道过自噬的化合物,我们把这两个化合物用化学反应接在一起就可以,就不用筛选了,但怎么也没有找到。后来我去各种自噬的会议,因为研究自噬而得了诺贝尔奖的人我也问过,到底有没有化合物可以直接结合自噬剂,特别是LC3的,他也从来没有看过。所以没有办法,我只有自己做筛选。

杨国安:这样岂不是漫无目的,有一种大海捞针的感觉?

鲁伯埙:的确有很多运气在里面。我的很多方法不成功并不是理论上不能成功,而是太烧钱。我一算,筛选要花几百万,可我当时的经费一共只有几百万,都花在这上面,万一不成功,实验室就要关门了。对当时的我来说,这个项目风险巨大:没有人知道能不能找到这样的化合物;即使找到这样的化合物,它是不是真的能降解,我们其实也不知道。从概念到真正得到很好的化合物,还是有很多风险的。

杨国安:当时支撑你在这么大风险下坚持做的动力是什么?

鲁伯埙:动力有两方面。一个是希望能造福病人,如果做出来,它的价值会很大,比如,干预亨廷顿病,它是使病人受益最大的一种治疗策略。从原理上讲,如果我们找到一个小分子药物,它不干扰别的蛋白,直接作用于致病蛋白,对于这个疾病的治疗意义是很大的。这是我基于这个领域的一个判断。

第二个动力是希望能发展一个新的科技方向,我觉得它有希望发展成一个所谓的「平台技术」,也就是说,一旦我找到了这样的分子,那么我们就有可能把别的东西送到自噬里面去降解,它可以降解各种不同的靶点,它潜在的平台价值也很大。所以动力主要还是看好这个科学研究方向的前沿价值。

杨国安:药物研发过程中有什么印象深刻的故事吗?

鲁伯埙:我以前在诺华的时候最经典的例子是一款抗癌药物的研发。

它的致病蛋白是20世纪80年代发现的,是一种酶由于活性太高而导致了白血病,这是一种比较严重的癌症。癌症那时候只有化疗药物,没有靶向药物,它是第一个靶向药物。它的发现过程并不是特别曲折,但是它的发展过程有点曲折。白血病很早就被发现了,它的遗传学规律、染色体突变也是很早就被发现了,但后来针对它筛选阻断剂,在准备推临床试验的时候,被当时的商业部门否决了。因为当时他们觉得这个疾病在美国的发病率很低,美国患此病的只有5000人,所以认为做临床试验不值得,就否决了。但科学家坚决反对这个决策,直接去找公司当时的CEO(首席执行官)。当时的 CEO是MD(医学博士)出身的,还比较懂科研,他拍板说,还是要上临床,因为他觉得这是一个跨时代的药物——从化疗药物的时代跨向靶向药物的时代。这个药物成功了,得了拉斯克奖,也有人认为今后有可能得诺贝尔奖。是科学家的坚持,才让这个药物最后上了临床。临床使用后,发现它不止可以治白血病,不同癌症只要有这个突变,它的效果就非常好。后来,这个药物每年的营收有50亿美元左右,成了当时诺华年销售额排名第二的药物。

杨国安:ATTEC目前研究的最新进展是什么?

鲁伯埙:我们正在尝试的一个方向是小分子操控系统,这个工作量非常大,我也不知道能不能完成。从分子层面看,细胞内行使最多功能的还是蛋白质。蛋白质本身有两三万种,如果发生变化,就会出现很多情况。有的时候我们需要把变化的蛋白质清除掉;有的时候是蛋白质水平太低了,或者功能不全了,我们要想办法把它给补充回来;还有的时候是蛋白质位置不对,我们要把它纠正过来。于是我就想到,我们能不能找到一个所谓的操控系统,给细胞加入不同的化合物,从而操控不同的蛋白?

杨国安:用什么方法来解决这个问题?

鲁伯埙:我们的策略有两种。一种还是类似于ATTEC的「胶水」,之前我们讲的是把细胞拽到一个降解的机器里去降解,其实细胞还有其他的机器,比如运输机器,可以把蛋白质拽到运输车上,把它带到应该去的地方。如果蛋白质位置不对,我们就通过胶水,把它拽到运输车上,送到正确的位置。还有一种方法,我们叫作「标签法」。在细胞内识别不同的蛋白,往往是依靠识别蛋白的一个特殊标签,比如说,需要蛋白去什么位置,就给它加一个定位的标签。所以我们在考虑用这种方法来对蛋白进行操控。打标签,在化学上,相对来说是更简单的方法,但它的缺点是,我们对很多生物学过程用的标签还不清楚,也就是说,打什么样的标签可以让它干这个事情,有些我们已经知道了,但是大部分还是不知道的,所以标签法目前适用面还相对较窄,相比之下,我们对胶水法知道的更多一些,可能适用面会更广一些。两种方法都在尝试。

杨国安:这种小分子操控系统有没有一些具体的例子?

鲁伯埙:已经在做的一些,比如P53(蛋白)的案例。简单地说,P53有很多功能,包括抑制癌细胞,P53水平高了,就不容易得癌症,所以我们想,如果有办法把它的水平提上去,就可以用来治疗癌症。这个用降解的方法不行,降解清除掉P53,癌症可能会恶化。我们要想办法用胶水法把P53给连到一个可以稳定蛋白的机器上去,这样就可以提高它的水平。还有一个是标签法的例子。「基因编辑」是得了诺贝尔奖的工作,它是利用一套酶的系统,再利用一些蛋白去剪切DNA,改变DNA的序列,实现基因编辑。基因编辑有一个很大的风险,蛋白进入细胞核以后,改变那里的DNA的序列,但是这些蛋白一直待在细胞核里面是危险的,因为它会不停剪切基因组,那么基因可能会变来变去。我们的一个解决办法是,让这些蛋白先待在细胞核外面,这样它就没有机会剪切,等需要对基因进行编辑的时候,我们再给它加一个细胞核定位分子,这时它才进入细胞核里面开始剪切。我们可以控制时间,比如说只让它剪切一个小时,完成之后,我们洗掉化合物,这些蛋白又会逐渐流出来,不会留在细胞核里。这样就可以比较大地提高安全性。上面讲的这些更多的是药物研发的策略,是前沿探索,离真正的药物还有非常大的距离,我们更多是证明一个概念的可行性,至于能不能发现药物且用在病人身上,还有很远的路要走。

杨国安:ATTEC发表之后,你觉得它对这个(亨廷顿)病以及这个研究领域的改变是什么?

鲁伯埙:最终的实际效果还很难说,也许最后还是不成功,但是我觉得至少它提供了一条新的路。之前没有人认为这条路能走得通,或者说,谁也不知道这条路能不能走。我们从概念上证明了,这条路是可能走通的。按照第一性原理,最终是能实现的,那么具体就要通过工程学的方法来实现(怎么做的问题)。

杨国安:等于开辟了一条没有人走过的、现在看起来正在走通的路,而且你是为(亨廷顿病)病人发明了这个技术,现在它又可以用于(治疗)很多其他疾病。你觉得现在比较大的困难是什么?长远来看,困难又是什么?

鲁伯埙:一个具体的困难,是我们现在的化合物还不是活性最理想的,它对于脂滴的降解是挺不错的,但是对于亨廷顿蛋白的降解,降不到一半,并不是特别理想。另外它还有毒性,所以还会有别的影响,我们也希望尽量去避免这个影响。第三个方面更多是商业上的考量,因为做一个药成本非常高,必须要用专利去保护。还有药物动力学的问题,即药物在人体里面是怎么代谢的,这需要进一步研究。当然,总的来说,这些问题在工业界是有比较成熟的解决流程的,但也有可能发生意外,有时候也可能会失败。既然死亡是一个过程,那么生死的界限在哪里?

杨国安:接下来的研究中,你最大的愿景是什么?

鲁伯埙:这个(研究)是刚刚开始做的,我们叫作「神经元的复活」。

这个研究是全新的,跟之前的不太一样。关于细胞死亡有很多研究,包括我们研究神经退行,其实就是神经元的死亡。但是,我最近在思考一个问题,很多研究发现,死亡其实是一个信号通路的过程,是一个程序性的过程,那么,有没有可能,神经元进入死亡的程序之后,还能够逃逸这个死亡程序逆转回来?比如说,老年痴呆就是因为神经元死了,人的脑细胞死了,其实一般神经元的死亡是很慢的,但是老年痴呆的神经元死得很快,现在的治疗方法都是想办法减缓它的死亡。就像我们做的亨廷顿病的研究,也是通过清除致病蛋白,减缓这种神经性的死亡。我在想,既然「死亡」是一个过程,我们能不能逆转它,把开始死亡的神经元,甚至已经死亡的神经元「复活」回来?

杨国安:它的原理是什么?

鲁伯埙:原理我还不知道,但我看到一篇很老的文献,研究的是把一个已经死亡 8小时的人脑切片放在人工脑脊液里面,灌高浓度的氧气去培养,一个多小时以后,里面的神经元又可以运输染料了——活的神经元可以吸收、运输染料,死掉的神经元是运输不了的,相当于说,这些神经元又复活了。还有《自然》杂志上新近发表的两篇文章。文章发现猪被屠宰4~6小时以后,不只脑死亡了,其他主要器官包括肝脏也死亡了。后来他们用了一个比较复杂的循环系统,叫作 OrganEx,通过这个循环系统给细胞灌流一些营养物质和氧气,发现这些细胞又复活了,包括脑部的神经元,肝脏的细胞也复活了。当然,猪本身作为一个动物是没有复活的,但是这些器官里的细胞看起来是复活了,或者说,这些细胞看上去之前是进入了休眠状态,灌流可以让它们恢复一些功能。这就提示,在细胞层面上,当一个动物死去,细胞的生命功能会在几个小时内丧失,但是通过特定的灌流系统补充能量和氧气,部分功能有可能恢复,所以我觉得细胞失去生命活动以后,是有可能重新恢复生命活动的。如果我们把这种逆转定义为复活,那么细胞的「复活」是有可能成立的,也就是说从第一性原理看,细胞是有能力复活的。

杨国安:你的研究设想是什么?

鲁伯埙:我想搞清楚细胞能不能复活。首先,我想用一个体外的培养系统,验证神经元是不是能复活,我也想知道这个复活的神经元是通过一个什么样的分子过程复活的。因为细胞死亡是一个由有序的生物分子反应形成的一个程序性过程,我推测复活是否也会是这样一种程序性的过程。我的想法是,建立一个筛选系统,用一些方法把神经元给弄死以后,可以在神经元里面做筛选,挑出神经元不同的基因,看看什么样的基因可以促进复活,就可以把这个过程的关键基因给找出来。

杨国安:这个新设想可以有哪些应用?

鲁伯埙:疾病方面的应用可能就是老年痴呆,以及其他神经退行性疾病。此外,这可能加深我们对细胞死亡的理解。在一般人心中,死亡可能是一个很明确的定义,但是在生物学家看来,(死亡的过程)在细胞层面是由一系列复杂反应组成的程序,可能会持续挺久。单个细胞的话,我们其实做了一些实验,进入细胞死亡程序之后复活,这个过程是存在的。但是这里面有很多具体的问题,例如进入死亡程序多久后还能复活,我们还在摸索。现在看,其实死亡后24小时都是有可能复活的。当然,死亡24小时不是说真正的死亡,而是它接收到死亡的信号,开始进入这个(死亡)程序,很长一段时间还可以逆转,或者说逃逸死亡。

杨国安:神经元复活的研究,是目前最前沿的研究吗?你是全世界最早提出的人吗?

鲁伯埙:我的确没有看到过别人的研究报道,也许有人在做,但没做出来,或者这个过程本身就太难研究了。关于癌细胞复活倒是有一点相关研究。癌细胞的复活能力特别强,这个报道也相对较多。用各种抗癌药物杀死了它以后,尽管观察到了它的凋亡,不管是形态还是功能都提示这些癌细胞已经死了,但是你把那些杀死它的药物洗掉以后,它又复活了。比如有人发现用酒精杀死癌细胞以后,把酒精洗掉,癌细胞不仅能重新活过来,还能够重新具备分裂的能力。但是这背后的分子机制,同样不知道。不过,癌细胞和神经元有个很大的不同,癌细胞是分裂能力很强的细胞,而神经元是不能分裂的细胞。因此,癌细胞能活过来而且能分裂,不代表神经元也一定有这样的能力,所以即便同是复活,这个过程可能也不一样。

杨国安:假设这项研究成立,未来有突破性进展让你发现如何逆转死亡,让神经元复活,它会带来伦理学的问题吗?

鲁伯埙:我觉得这个差距还是很大的,更多的还是一个细胞生物学的问题。我想了解死亡的本质——死亡的过程,生和死的界限到底在哪里?在这个过程里,「死」到什么程度就逆转不了了?「死」到什么程度还可以逆转?我之所以想做蛋白操控系统也有这个原因。比如,假如我们有一个蛋白的操控系统,又如果复活的关键是某一些蛋白产生特定的变化,那么我们就可以对死亡的细胞加相应化合物,通过促进这些蛋白的特定变化来促进细胞的「复活」。如果「复活」是存在的,那么它可能是由一套分子系统来达成的,我想要找到这套分子系统。■ 
                                                                              
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